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Die
Erfindung betrifft eine verbesserte Einspritzgruppe für Kunststoff-Spritzgusspressen.
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Gemäss dem Stand
der Technik werden beim Spritzgießverfahren Pressen und Einrichtungen für das Spritzgießen verwendet,
bei denen plastifizierbare Kunststoffe erhitzt werden, um sie in
einem Heizzylinder in den Schmelzezustand zu überführen, und unter hohem Druck
in einen Formhohlraum gespritzt werden, um die Form zu füllen. Der
geschmolzene Kunststoff wird in der Form abgekühlt, so dass er erhärtet und
das gegossene Erzeugnis bildet. Daraufhin wird die Form geöffnet und
das gegossene Erzeugnis entnommen, das dann gelagert oder weiteren
Verfahrenstufen zugeführt
wird.
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Die
Spritzgusseinrichtung umfasst eine Formgruppe und eine Einspritzgruppe.
Die Formgruppe besteht im Allgemeinen aus zwei Formhälften, von
denen eine an einer Festplatte die andere an einer Fahrplatte montiert
ist, so dass die Form durch Bewegen der Fahrplatte rückwärts oder
vorwärts
geöffnet
oder geschlossen werden kann.
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1 zeigt schematisch eine
Einspritzgruppe nach dem Stand der Technik, die insgesamt mit dem
Bezugszeichen 100 bezeichnet ist. Die Einspritzgruppe 100 umfasst
einen Heizzylinder 2, um die aus einem Behälter 3 zugeführten Kunststoffe
in einen Schmelzezustand zu überführen, und
eine Einspritzdüse 4 zum
Einspritzen des geschmolzenen Materials in den Hohlraum der Form.
Im Heizzylinder 2 befindet sich eine Plastifizierungsschnecke 5,
die eine Drehbewegung um ihre eigene Achse zum Plastifizieren des
Kunststoffs und eine Vorschubbewegung zum Einspritzen des geschmolzenen
Materials sowie einen Rückhub
zum Zuführen
der Kunststoffe aus dem Behälter 3 durchführen muss.
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Die
Plastifizierungsschnecke wird mit Hilfe eines Systems von Elektromotoren
angetrieben. Für die
translatorische Bewegung der Plastifizierungsschnecke ist ein System
aus Spindel und Spindelmutter vorgesehen, bei dem eine Spindel 6 in
eine Spindelmutter 7 eingreift. Die Spindelmutter 7 ist
von einem Motor 8 über
eine am Maschinengestell oder -rahmen befestigte Reduziereinheit 9 angetrieben. Die
Spindel 6 wird an einer Drehbewegung um ihre eigene Achse
mittels einer Drehhemmeinrichtung gehindert. Die Drehhemmeinrichtung
umfasst eine an der Spindel 6 befestigte Stange und einen
am Maschinenrahmen 10 befestigten Anschlagblock 12.
Auf diese Weise verhindert die dem Anschlagblock 12 anliegende
Stange 11 eine Drehung der Spindel 6 und gestattet
nur eine translatorische Bewegung. Dem gemäss wird bei Umlauf des Elektromotors
in einer Richtung oder in der entgegengesetzten Richtung eine Vorschub-
oder eine Rückhubbewegung der
Spindel 6 möglich,
durch welche die Plastifizierungsschnecke 5 mitgenommen
wird.
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Was
die Drehbewegung der Plastifizierungsschnecke 5 betrifft,
so wird sie durch eine Keilwelle 13 ermöglicht, die über eine
Kupplung 20 mit der Plastifizierungsschnecke 5 verbunden
ist. Die Keilwelle 13 greift in eine Gleitbuchse 14 ein,
die von einem Elektromotor 15 über eine am Maschinenrahmen 10 befestigte
Reduziereinheit 16 gedreht wird. Die Keilwelle 13 ist
von der Spindel 6 durch eine Lageranordnung 17 entkoppelt,
so dass die Drehbewegung der Plastifizierungsschnecke 5 unabhängig von der
translatorischen Bewegung erfolgen kann.
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Die
Elektromotoren 8 und 15 sind mit encoderartigen
Sensoren 18 bzw. 19 ausgestattet, um die in den
verschiedenen Phasen der Arbeitszyklen erforderlichen Geschwindigkeitseinstellungen
zu ermöglichen.
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Die
oben beschriebene Einspritzgruppe 100 gemäss dem Stand
der Technik hat einen Nachteil aufgrund der Tatsache, dass je ein
Elektromotor 8 oder 15 der translatorischen Phase
und der Rotationsphase der Plastifizierungsschnecke 5 zugeordnet ist.
Es muss deshalb die installierte Leistung für jeden Motor der für die mit
ihr verbundenen Phase geforderten Maximalleistung entsprechen. Folglich
wird während
der translatorischen Phase der Plastifizierungsschnecke 5 eine Überlastung
des Motors 8 erfolgen, während der Motor 15 inaktiv
bleibt; auf der anderen Seite wird während der Drehphase der Plastifizierungsschnecke 5 eine Überlastung
des Motors 15 erfolgen, während der Motor 8 inaktiv
bleibt. Dies führt
zu einem exzessiven Energieverbrauch und einem raschen Verschleiß der Motoren,
die praktisch stets mit Maximalleistung arbeiten.
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Die
WO 97/18938 beschreibt eine Antriebseinrichtung für eine Einspritzgruppe,
bei der die Zuführschnecke
in der Plastifizierungs- und Einspritzphase von einer Kugelspindel
und einem Antriebsmotor angetrieben wird. Hierbei werden jedoch
drei Einweg-Schaltkupplungen vorgesehen: die erste zwischen der
Zuführschnecke
und dem Rahmen, die zweite zwischen dem Antriebsmotor und der Zuführschnecke
und die dritte zwischen dem Antriebsmotor und der Kugelspindel.
Diese Lösung
führt zu
einer komplexen Konstruktion der Antriebseinrichtung.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, diese Probleme zu beseitigen und
eine verbesserte Einspritzgruppe für Kunststoff-Spritzgusspressen
vorzuschlagen, die eine einfache Konstruktion aufweist und praktisch,
wirtschaftlich, vielseitig und einfach in der Herstellung ist.
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Dieses
Ziel wird gemäss
der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
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Weitere
Merkmale der Erfindung enthalten die abhängigen Ansprüche.
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Die
Einspritzgruppe für
Kunststoff-Spritzgussmaschinen gemäss der Erfindung besitzt eine Plastifizierungsschnecke,
die mit einer Bewegungsspindel verbunden ist.
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Die
Bewegungsspindel ist vorzugsweise eine Kugelspindel und wird von
einem Hauptmotor in Drehbewegung versetzt, mit dem die Kugelspindel gekuppelt
ist und der auf einem Support montiert ist, der horizontal auf den
Maschinenrahmen gleitet, um die translatorische Bewegung der Bewegungsspindel zu
erzeugen.
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Eine
in die Bewegungsspindel eingreifende Spindelmutter ist am Maschinenrahmen
mit Lagern angeordnet und wird von einem Hilfsmotor in Drehung versetzt.
Die Spindelmutter kann nur in der Drehrichtung der Plastifizierungsschnecke
drehen, während
sie in der entgegengesetzten Richtung durch ein Drehhemmsystem blockiert
ist.
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Die
Kupplung zwischen der Bewegungsspindel und der Plastifizierungsschnecke
wird durch eine erste Kupplung, die mit der Plastifizierungsschnecke einstückig ist
und eine zweite Kupplung, die mit der Bewegungsspindel einteilig
ist, hergestellt. Ein Drucklager und ein Freilauf oder eine Einwegschaltkupplung
sind zwischen den beiden Kupplungen angeordnet, wobei der Freilauf
oder die Einweg-Schaltkupplung die Rotation der Plastifizierungsschnecke nur
in einer Richtung gestatten.
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Die
rein translatorische Bewegung der Plastifizierungsschnecke für die Einspritzphase
wird durch Blockieren der Spindelmutter und den Betrieb des Hauptmotors
erreicht, der durch Drehen der Bewegungsspindel die Vorschubbewegung
liefert.
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In
der Plastifizierungsphase, in der die Plastifizierungsschnecke drehen
und sich gleichzeitig graduell rückwärts bewegen
muss, wird die Umlaufrichtung des Hauptmotors umgekehrt. Dadurch kommt
die Einweg-Schaltkupplung in Kupplungslage, wodurch die Bewegungsspindel
im Gleichlauf mit der Rotation der Plastifizierungsschnecke läuft. Die Spindelmutter
wird durch den Hilfsmotor über
ein Untersetzungsgetriebe bewegt, das nur die korrekte Reversierbewegung
der Plastifizierungsschnecke kontrolliert.
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Dieses
System hat verschiedene Vorteile gegenüber den bekannten Systemen.
Die Einspritzgruppe gemäss
der Erfindung betrifft einen Antriebsmechanismus, der grundsätzlich auf
der Verwendung nur eines Elektroantriebs in Form des Hauptmotors basiert,
der direkt mit der Bewegungsspindel gekoppelt ist. Der Hauptmotor
weist eine geeignete Leistung auf, um ihn in die Lage zu versetzen,
sowohl die Einspritzphase, als auch die Plastifizierungsphase ohne
eine große
Untersetzungsstufe zu ermöglichen.
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Die
Steuerung des Produktionsprozesses ist gleichfalls sehr einfach,
weil sie sich nur auf den Hauptmotor für das Einspritzen stützt, während für das Plastifizieren
der Reaktionsdruck von dem Hilfsmotor gesteuert wird.
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Ferner
ist die Verbindung zwischen der Bewegungsspindel und der Plastifizierungsschnecke sehr
einfach und effektiv, da sie keine komplexe Konstruktion durch das
Vorhandensein von mehreren Einweg-Schaltkupplungen nötig macht
wie bei den Einspritzgruppen gemäss
dem Stand der Technik.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung, die auf nicht beschränkende Ausführungsbeispiele in den angeschlossenen
Zeichnungen Bezug nimmt. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht,
teilweise im Schnitt, einer Einspritzgruppe gemäss dem Stand der Technik;
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2 eine der 1 entsprechende Ansicht einer ersten
Ausführungsform
einer Einspritzgruppe gemäss
der Erfindung;
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3 eine der 1 entsprechende Ansicht einer zweiten
Ausführungsform
der Einspritzgruppe gemäss
der Erfindung.
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Mit
Hilfe der Figuren wird eine Einspritzgruppe für Kunststoff-Spritzgusspressen
gemäss
der Erfindung beschrieben.
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2 zeigt schematisch eine
erste Ausführungsform
der Einspritzgruppe gemäss
der Erfindung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet
ist. Elemente, die denjenigen entsprechen, die bereits in 1 (betreffend die Einspritzgruppe 100 nach
dem Stand der Technik) gezeigt sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Bei
der Einspritzgruppe 1 gemäss der Erfindung ist eine Plastifizierungsschnecke 5 über eine erste
Kupplung 20 und über
eine zweite Kupplung 40 mit einer Bewegungsspindel 30 verbunden.
Die erste Kupplung 20 ist einteilig mit der Plastifizierungsschnecke 5 und
die zweite Kupplung 40 ist einteilig mit der Bewegungsspindel 30.
Zwischen der ersten Kupplung 20 und der zweiten Kupplung 40 ist
ein Drucklager 50 und ein Freilauf 60 angeordnet.
Der Freilauf 60 arbeitet als Drehhemmsystem, d. h. er erlaubt
eine relative Drehbewegung der zweiten Kupplung 40 mit
Bezug auf die erste Kupplung 20 in einer Richtung und nicht
in der entgegengesetzten Richtung.
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Die
Bewegungsspindel 30 ist mittels einer zweiten Kupplung 40 mit
einem Hauptmotor 42 verbunden. Die zweite Kupplung 40 ist
einteilig an dem Rotor 41 des elektrischen Hauptmotors 42 befestigt. Ein
Stator 43 des Hauptmotors ist fest mit einem Gehäuse 44 verbunden,
das von einer Führung 70 getragen
ist, die auf einer mit dem Maschinenrahmen 10 einteiligen
Schiene 71 gleitet. Zwischen dem Gehäuse 44 und der ersten
Kupplung 20 sind Drucklager 81 und ein Freilauf 80,
der als Drehhemmsystem wirkt, eingesetzt.
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Ein
Schraubenabschnitt der Bewegungsspindel 30 greift in eine
entsprechende Spindelmutter 31 ein, die von einem elektrischen
Hilfsmotor 32 über eine
Reduziereinheit 33 angetrieben wird. Die Spindelmutter 31 wird
mittels Lagern 37 von dem Maschinenrahmen 10 getragen.
Zwischen der Welle 39 des Hilfsmotors 32 und dem
Maschinenrahmen 10 ist ein Freilauf 34 eingeschaltet,
der als Drehhemmsystem wirkt.
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Am
rückwärtigen Ende
der Bewegungsspindel 30 ist ein Kopf 35 einer
Befestigungsstange 38 (schraffierte Linien) positioniert,
die sich im Innern der Bewegungsspindel 30 erstreckt, um
die Verbindung zu der ersten mit der Plastifizierungsschnecke 5 einteiligen
Kupplung 20 herzustellen. Zwischen dem rückwärtigen Ende
der Bewegungsschnecke 30 und dem Kopf 35 der Befestigungsstange 38 ist
ein Drucklager 36 eingesetzt, das eine relative Drehung zwischen
der Bewe gungsspindel 30 und der Einheit aus erster Kupplung 20 und
Befestigungsstange 38 erlaubt.
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Die
Betriebsweise der Einspritzgruppe 1 ist nachfolgend beschrieben.
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Einspritzphase
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Während der
Einspritzphase muss die Plastifizierungsschnecke 5 in der
Lage sein, sich nach vorne zu bewegen, um das geschmolzene Material gegen
die Form zu verdrängen.
Zu diesem Zweck ist nur der Hauptmotor 42 in Betrieb, dessen
Rotor 41 im Uhrzeigersinn (in der Zeichnung von rechts
gesehen) umläuft
und die zweite Kupplung 40, die ihrerseits fest mit der
Bewegungsspindel 30 verbunden ist, in Drehbewegung versetzt.
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Die
Spindelmutter 31 ist bestrebt in derselben Richtung wie
die Bewegungsspindel 30 zu drehen, weil sie dazu bestimmt
ist, von der Bewegungsspindel 30 gedreht zu werden. Folglich
dreht die Spindelmutter die Reduziereinheit 33 und die
Motorwelle 39 bis das Drehhemmsystem 34, das auf
der Motorwelle 39 sitzt, blockiert ist.
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Ist
die Spindelmutter 31 einmal blockiert, setzt die Bewegungsspindel 30 ihre
Drehbewegung in der Spindelmutter 31, die ihrerseits in
der Stellung verbleibt, fort. Da die Bewegungsspindel ein Rechtsgewinde
hat, wird sie sich in 1 nach
links bewegen und die erste Kupplung 20 mit der Plastifizierungsschnecke 5 durch
das Lager 50 schieben.
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Um
sicherzustellen, dass die Bewegung vollendet wird, muss der Stator 43 des
Hauptmotors ständig
in der Lage sein, mit seinem Rotor 41 zusammenzuwirken,
so dass der Stator 43 der Vorschubbewegung mit der Bewegungsspindel 30 während deren Bewegung
folgt. Zu diesem Zweck befindet sich der Stator 43 in dem
auf der Führung 70 ruhenden Gehäuse, das
eine Bewegung entlang der Schiene 71 gestattet. Die Führung 70 ist
ferner in der Lage, das Reaktionsmoment, das die Drehung des Gehäuses 44 verhindert,
aufzunehmen. Während
dieser Phase ist das Drehhemmsystem 60 frei zu drehen und
gestattet aufgrund des Drucklagers 50 eine Relativ-Drehbewegung
zwischen der aus dem Rotor 41 und der Bewegungsspindel 30 gebildeten
Einheit und der ersten Kupplung 20.
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Da
erhebliche Axialkräfte
auftreten, könnte das
Gehäuse 44 zum
Drehen gebracht werden aufgrund des starken Drucks, der zwischen
den drehenden Elementen und den Bahnen des Drucklagers 50 erzeugt
wird. Um zu verhindern, das hierdurch der Fortschritt der Einspritzphase
geändert
wird, ist ein System vorgesehen, das in der Lage ist, ein Gegenmoment
aufzubauen, um die Tendenz des Rotierens zu verhindern. Dieses System
agiert unmittelbar an der Kupplung 20 über die Drehhemmeinrichtung 80, die
eine Drehung der Kupplung 20 mit Bezug auf das Gehäuse 44 verhindert.
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Auf
diese Weise wird das Moment, das durch die Drehung des Rotors 41 übertragen
wird durch die Reaktion an den Schienen 70 ausgeglichen.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Drehhemmsystem 80 blockiert
ist, wenn die Drehhemmeinrichtung 60 in dem Gehäuse bei
Vorwärtsbewegung
und umgekehrt frei ist, um die Plastifizierungsphase zu ermöglichen.
Es ist wichtig anzumerken, wie die Richtung des Momentes, das von
dem Lager 50 auf die Kupplung 20 der Richtung
des Reaktionsmomentes auf den Stator entgegengesetzt ist und auf
diese Weise die Belastung an den Profilschienen 70 nicht
erhöht, obgleich
die Momente an dieselbe Struktur abgegeben werden.
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Die
Einspritzgeschwindigkeit wird durch eine Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit
des Hauptmotors 42 durch einen nicht gezeigten, geeigneten Antriebsmechanismus
gesteuert.
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Plastifizierungsphase
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In
der Plastifizierungsphase muss die Plastifizierungsschnecke 5 eine
Drehbewegung um ihre eigene Achse durchführen. In dieser Phase muss
die Plastifizierungsschnecke 5 in der Lage sein zu drehen
und sich zur gleichen Zeit axial zu bewegen, indem sie sich stufenweise
rückwärts bewegt,
da sich das Kunststoffmaterial an ihrem vorderen Ende angesammelt
hat. Die Plastifizierungsschnecke 5 muss einen konstanten
aber einstellbaren Druck auf das Material sicherstellen, um es kompaktieren
zu können.
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Der
Rotor 41 des Hauptmotors 42 dreht entgegen dem
Uhrzeigersinn (bei Ansicht von rechts in 2), d. h. seine Drehrichtung wird gegenüber derjenigen
in der Einspritzphase umgekehrt. In diesem Fall werden die erste
Kupplung 20 und die zweite Kupplung 40 durch die
Drehblockierung mittels des Freilaufs 60 in starrer Verbindung
gehalten. Folglich entsteht ein einziger rotierender Körper, der
von dem Rotor 41, den Kupplungen 20 und 40,
der Plastifizierungsschnecke 5 und der Bewegungsspindel 30 gebildet
ist. Auf diese Weise überträgt die erste
Kupplung 20 die Drehung gegen den Uhrzeigersinn auf die Plastifizierungsschnecke 5,
so dass die Plastifizierungsphase beginnt.
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Die
Steuerung der Bewegung der Plastifizierungsschnecke 5 erfolgt
durch die Steuerung der Spindelmutter 31 mittels des Hilfsmotors 32.
Auf diese Weise wird die Spindelmutter 31 in einer von
der Bewegungsspindel 30 wesentlich abweichenden Geschwindigkeit
umlaufen und dieser die notwendigen Bewegungen erteilen, um sie
in die Lage zu versetzen, bei geeigneten Rückwärtsbewegungen zu drehen.
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Es
ist ein Leitungssystem vorgesehen, um den für den Prozess notwendigen Druck
und den von einem Druckübersetzer
in der Einspritzkammer aufgenommenen tatsächlichen Druck zu vergleichen. Dieses
Leitungssystem ist in der Lage den Hilfsmotor 32 anzusteuern,
so dass dieser eine Geschwindigkeit der Spindelmutter 31,
die gleich derjenigen der Bewegungsspindel 30 ist, aufrechterhält, um eine
Anhäufung
von Material in der Einspritzkammer zu erhalten (in diesem Fall
bewegt sich die Plastifizierungsschnecke 5 nicht rückwärts) bis
der geforderte Druck erreicht ist. Nach dieser Bewegung muss das System
eine Relativgeschwindigkeit zwischen der Spindelmutter 31 und
der Bewegungsspindel 30 bereitstellen, um die Schnecke
rückwärts zu bewegen im
Einklang mit dem durch die Wirkung der Plastifizierungsschnecke
auf das geschmolzene Material erreichten Druck.
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Diese
Serie von mit der Spindelmutter starr verbundenen Elementen erlaubt
auch die Rückwärtsbewegung
der Plastifizierungsschnecke 5, die durch Blockieren der
Spindelmutter 31 mit Hilfe des Hilfsmotors 42 während der
Drehung der Bewegungsschnecke 30 erhalten wird (mit derselben
Drehrichtung wie in der Plastifizierungsphase).
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Mit
Bezug auf 3 ist eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, in der Elemente, die den bereits zur
ersten Ausführungsform
beschriebenen identisch sind oder ihnen entsprechen, mit denselben
Bezugszeichen versehen sind und ist auf deren erneute Beschreibung
verzichtet wird.
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3 zeigt eine Einspritzgruppe 200,
bei der eine Konstruktionsvariante gegenüber der ersten Ausführungsform
in der Verwendung eines konventionellen Elektromotors als Hauptmotor
mit einer Reduziereinheit 121 zum Eingriff in die Bewegungsspindel 30 vorgesehen
ist.
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Wie
in 3 schematisch gezeigt
ist, ist die Einspritzgruppe dahingehend modifiziert worden, dass
die Bewegungsspindel 30 mit dem Hauptmotor 20 über eine
Reduziereinheit 121 verbunden ist. Der Motor 120 und
die Reduziereinheit 121 sind in einer Tragstruktur 123 integriert,
die von einer auf der horizontalen Schiene 122, die mit
dem Maschinenrahmen 10 einteilig ist, mittels einer Führung 124 horizontal
gleiten kann. Tatsächlich
besitzt die Reduziereinheit 121 eine an ihrer Ausgangswelle
befestigte Kupplung mit dem Endteil der Bewegungsspindel 30 und
kann die Reduziereinheit 121, die auf der Führung 124 gleitend
gelagert ist, dem Eingriffsabschnitt der Bewegungsspindel 30 auch
während
deren Bewegung folgen.
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Die
Verbindung zwischen der Plastifizierungsschnecke 5 und
der Bewegungsspindel 30 erfolgt über die erste Kupplung 20 und
die zweite Kupplung 40 unter Zwischenschaltung des Drucklagers 50 und
des Drehhemmsystems 60.
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Die
erste Kupplung 20 wird von einem Support 144 mit
einer zwischengeschalteten Drehhemmeinrichtung 180 und
Drucklagern 181 getragen. Der Support 144 ist
auf einer Führung 170 montiert,
die auf der mit dem Maschinenrahmen 10 einteiligen Schiene 71 horizontal
gleiten kann. Auf diese Weise wird das Moment, das über das
Lager 50 übertragen werden
kann, durch die Reaktionskräfte
an der Führung 170 aufgenommen.